491900 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 【發明說明】： 塗j月所屬之技術領域 本發明係關於使用離心襯裏法的熔著於用於塑膠等之射 出成型機之輥筒的內面硬化材。 置知技術 在用於塑膠寺之射出成型機之輕筒的內面，爲了防止因 樹脂或加於樹脂之添加材料等的磨損及腐蝕，則以離心襯 裏法熔著兼具耐磨損性及耐腐蝕性之合金。 使用於該離心襯裏法之內面硬化材以往係有不少之合金 ’其中一個範例爲本發明者等於特公平3 - 56 300號明確說 明由以重量計之18〜24%的鉻、3〜3.5%的硼、1.0〜4.0% 的矽、0 · 5〜5 . 0 %的鉬、0 . 5〜5 · 0 %的銅、5 . 0 %以下的鎢 、3 . 0%以下的鎳、2 · 0%以下的鐵、〇 . 5%以下的碳，其 餘的鈷及不可避免的雜質所構成的用於輥筒之鈷基質內 面硬化材之組成，明確說明該襯裏層尙稱結合優異之耐磨 損性與耐腐蝕性。 發明所欲解決之問穎 然而近年來’隨者塑膠材料之局性能化，塑膠之射出成 型溫度變得多在約3 5 0 °C之成型溫度、約2 500kg f/cm2之 成型壓力之所謂較高溫度同時高壓力之運轉。於如此高溫 高壓下所使用之用於射出成型機的輥筒內面之離心襯裏 層，有時在短時間的運轉中有在襯裏層產生裂痕的缺點。 因此，本發明中係以提供一種不妨礙於前述特公平3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂—t------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 ____B7_ 五、發明說明（^ ) 5 6 3 00號所明確說明之用於鈷基質內面硬化材之耐磨損性 及耐腐蝕性，以及離心襯裏性、耐於在較高溫高壓下之使 用的用於輥筒之內面硬化材。 因此，產生所謂盡可能提高內面硬化材之在高溫下之韌 性課題。 此處係根據下述2個理由。首先，第1爲在使用射出成 型機時之成型溫度範圍，如果內面硬化材之韌性降低，以 該合金所形成之離心襯裏層之韌性亦同樣地降低，離心襯 裏層產生裂痕的機率變高。因此，希_高溫時之韌性能盡 可能的高。 其次，第2係爲了輥筒本體之強度提昇。輥筒本體通常 使用鉻鉬鋼（]I S SCM440 )，在進行離心襯裏時，加熱至1 050 .t〜1 200 °C之既定溫度，離心襯裏處理後，慢慢冷卻或爐 中冷卻至約900°C〜室溫。由於如此之冷卻條件，輥筒本體 變成退火的狀態，該強度對於作爲在高溫高壓下所使用的 輥筒並不足夠。爲了輥筒本體之強度提昇，如果在離心襯 裏處理後，從約90(TC以強制空氣冷卻來冷卻輥筒本體， 則達成此目的。 然而，由於在該情況之輥筒本體與襯裏層之間的溫度差 而產生熱收縮的差異，並於襯裏層內產生應力。如果’襯 裏層無法耐該應力，則於襯裏層產生裂痕。因此’爲了提 高輥筒本體之強度，希望高溫時之韌性能盡可能的高。 解決問題之丰段 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂—-------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 B7 五、發明說明（）） 本發明者等由上述之觀點來進行各種硏究以提昇前述之 用於輥筒之鈷基質內面硬化材之高溫時韌性的結果，以盡 量降低包含於該輥筒之鈷基質內面硬化材之鎳量與添加 微量的鋁，發現該合金之高溫時之韌性顯著地提昇。然後 以此硏究所得之知識，由於形成在高溫高壓下之使用亦無 裂痕之產生的離心襯裏層而完成用於輥筒之高韌性內面 硬化材。 關於本發明之用於輥筒之高韌性內面硬化材，其中特徵 爲包括以重量計的的：18〜24%的鉻、2. 8〜3. 5%的硼、 1.0〜4.0% 的矽、0.5〜3.0% 的鉬、0.5〜3.0% 的銅、1.0〜5.0% 的鎢、0%或超過0〜0. 1 %的鎳、0.05〜0. 15%的鋁、0%或 超過0〜0.5%的碳、0%或超過0〜2.0%的鐵、0%或超過 0〜0 . 15%的氧、其餘爲鈷及不可避免的雜質。 發明之實施型態 以下，說明關於本發明中用於輥筒之高韌性內面硬化材 之合金組成（重量百分比）之限制理由。 鉻（18〜24% ) 固溶鉻於以鈷作爲主體的基質中，並提昇合金的耐腐蝕性 。由於鉻添加量的增加，雖提昇對硝酸之耐腐蝕性，但在 未滿1 8%時則效果小。另一方面，超過24%則鉻之硼化 物的結晶量變多，於進行離心襯裏時合金之固液共存範圍 擴大而不佳。因此，該含有量定於18〜24% 。 硼（2 · 8〜3 · 5°/〇) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） '--------------------訂—------線 AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 B7_ 五、發明說明（十） 硼係形成以鈷及鉻爲主體之高硬度的硼化物，提高合金 之硬度，提昇耐磨損性。又，由於該硼化物與鈷固溶體之 共晶反應而有降低合金熔點的作用。在未滿2.8%的硼時 ，合金硬度變得不足及變成亞共晶組成之合金的固液共 存範圍擴大而不佳。另一方面，超過3 . 5%則合金之硬度 過度提昇，韌性降低且變成過共晶組成，合金的固液共存 範圍擴大而不佳。因此，該含有量定於2 . 8〜3 . 5 % 。 矽（1 ·0〜4 · 0% ) 矽係提高固溶於鈷之合金的硬度，提昇耐磨損性同時亦 提昇耐腐蝕性。在未滿1 . 〇 %的砂時則該效果不足，另一 方面，超過4 . 0 %則合金之硬度變高，因韌性降低而不佳 。因此，該含有量定於1 .〇〜4.0% 。 鉬（0.5〜3 . 0% )、銅（0.5〜3 . 0% ) 鉬、銅係提昇一起固溶於鈷之合金的耐腐蝕性’特別是 提昇對於鹽酸之耐腐蝕性。在鉬、銅一起未滿0.5%時’ 對於鹽酸之耐腐鈾性的改善效果不足，另一方面，超過3 . 0 %則對於添加量之分配並不見改善效果’而且合金的固液 共存範圍擴大而不佳。因此，該含有量定於0.5〜3.0% 。 鎢（1 .0〜5 . 0% ) 鎢係提高固溶於鈷中之合金的強度，並且亦有助於耐腐 飩性及耐磨損性提昇。在未滿1 . 的鎢時該效果並不足 ，另一方面超過5 . 0%則形成以鎢爲主體的硼化物，因合 金之韌性降低而不佳。因此，該含有量定於1.0〜5.0% 。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） '--------------------訂·--------—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 491900 A7 B7 五、發明說明（s) 鎳（0 %或超過0〜0 · 1 % ) 由於鎳大多包含少量於鈷中，故硏究鎳的影響。 於第1圖中，表示將具有21%的鉻、3.0%的硼、2.0% 的矽、1 . 0 %的鉬、1 . 0 %的銅、4 . 0 %的鎢、0 . 0 8 %的碳 、1 . 5%的鐵、其餘的鈷組成之鈷基質合金與其中含有少 量鎳的合金加熱熔融至1 200°C，並鑄造而得之試料的擺錘 式衝擊値。 如由第1圖所得知，從0%鎳之合金所得之試料比較於 該等從含有鎳之合金而得者之擺錘式衝擊値高，同時隨著 溫度變高，該衝擊値增加。另一方面，從含有鎳之合金而 得的試料係隨著鎳含有量變多，該衝擊値則降低，同時， 亦不見於高溫下之衝擊値的增加。 由於含有鎳之衝擊値的降低係由於在合金中形成以鎳爲 主體之硼化物，而該硼化物爲脆弱的，認爲是降低合金韋刃 性之原因。 然而，亦考慮作爲該合金原料之鈷的純度等，可容許在 超過0〜0 . 1 %的鎳作爲實質上無妨礙韌性之範圍。因此， 該含有量定於0%或超過〇〜〇 . 1% 。 鋁（0.05〜0. 15% ) 鋁係於離心襯裏處理步驟中合金熔融時，有助於進行作 爲脫氧材之作用的襯裏層之韌性提昇。 第2圖中，表示將具有2 1 %的鉻、3 · 0%的硼、2 . 〇%的 矽、1.0%的鉬、1.0%的銅、4.0%的鎢、0.08%的碳、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------费 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 __B7 五、發明說明（b ) 1 · 5 %的鐵、其剩的鈷的組成之鈷基質合金與其中含有 〇 . 0 1 %鋁的合金加熱熔融至1 200°C，並鑄造而得之試料的 擺錘式衝擊値。 如由第1圖所得知，從含有鋁之合金所得之試料比較於 該等從不含有鋁之合金而得者之擺錘式衝擊値高，同時其 測定偏差亦小。 其中係由於製作試料時之熔融之際，以鋁之脫氧作用來 除去熔融物中之細微的夾雜物，認爲有提昇該試料中之韋刃 性。在未滿0.0 5%的鋁時，該效果並不足，另一方面，超 過0 · 1 5 %則由於過剩的鋁而引起合金的氧化，由於妨害於 離心襯裏處理步驟中之熔融而不佳。因此，該含有量定於 0 · 0 5 °/〇 〜〇· 1 5 % 。 碳（0%或超過0〜0.5% )、鐵（0%或超過0〜2.0% ) 即使一起不含有碳、鐵於合金中，亦可發揮作爲本發明 合金之性能。 但是，由於作爲原料或在溶解時之雜質而混入其中，來 硏究關於碳、鐵之影響。 該結果顯示碳超過0.5%則合金之·硬度提昇、韌性降低 之傾向，又顯示鐵超過2 . 0%則耐腐蝕性降低之傾向。 然而，在碳超過0〜0.5% 、鐵超過0〜2.0%時並不見有特 別之影響。因此，該含有量定於碳超過0〜0.5% 、鐵超過 0〜2.0% 〇 氧（0%或超過0〜0 . 1 5% ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 卜 K 吟 L 衣-------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 491900 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 即使不含有氧於合金中’亦可發揮作爲本發明合金之性 然而，於離心襯裏處理步驟中使用該合金時，由於成爲 粉末狀或粒狀等之形態，含有氧作爲於該表面上不可避免 之氧化物。因此，硏究關於氧之影響。該結果顯示氧超過 0 . 1 5 %則妨害於離心襯裏處理步驟中之合金熔融的傾向 〇 然而，在氧超過〇〜〇 . 1 5%時則不見有特別之影響。因此 ，該含有量定於超過〇〜0.15% 。 本發明之用於輥筒之高韌性內面硬化材，可任意地配合 各金屬成爲如上述所定之合金組成範圍。以下爲本發明中 舉出之一範例的適當之合金組成的範圍。 (1) 由以重量計之1 8〜20%的絡、2.8〜3 . 5%的硼、1 . 0〜4.0% 的矽、0.5〜3.0%的鉬、0.5〜3.0%的銅、1.0〜5.0%的 鎢、0.05〜0.1 5%的鋁、其餘的鈷及不可避免的雜質所 ' 構成者。 (2) 由以重量計之20〜22%的鉻、2.8〜3.5%的硼、1.〇〜4.〇°/〇 的矽、0.5〜3.0%的鉬、0.5〜3.0%的銅、1·〇〜5.0%的 鎢、0.05〜0.1 5%的鋁、其餘的鈷及不可避免的雜質所 構成者。 (3 )由以重量計之2 2〜2 4 %的鉻、2 _ 8〜3 · 5 %的硼、1 . 〇〜4 . 〇 %的矽、0.5〜3.0%的鉬、0.5〜3.0%的銅、1.〇〜5.0% 的鎢、0 . 0 5〜0 . 1 5 %的鋁、其餘的鈷及不可避免的雜質 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^——-____ 五、發明說明（) 所構成者。 U)由以重量計之18〜24%的鉻、2.8%以h而3% @ 1L、1.0〜4.0%的矽、0.5〜3.0%的鉬、〇.5〜3.0%的銅 、1.0〜5.0%的鶴、0.05〜0.15%的銘、其餘的銘及不 可避免的雜質所構成者。 於上述之任一情況下，雖可包含0.5%以下的碳及 2 · 0 %以下的鐵中之任一'項或兩項’但以不包含鎳者爲 佳。 【實例•比較例】 首先，如表1所示，進行關於本發明之合金（試料編號 1〜4 )與作爲比較例之習知公認之鈷基質合金（試料編號 5〜7 )及習知公認之鎳基質合金（試料編號8 )的擺錘式衝擊 試驗（ 400°C及600°C )及離心襯裏後之急冷裂痕試驗。 鉻試料係於原料中使用鈷、鉻、鈷-硼、矽、鉬、銅、鎢 、鎳、鋁、鐵、錳、鉻-碳，配合成如表1之組成，以高 周波溶解爐，於氬氣氛圍氣體中，加熱溶解至丨4 5 01：，以 氮氣霧化法形成粉末。還有，於試料編號丨〜6中所使用之 原料的鈷、鈷-硼係使用高純度品。又，試料編號1〜4及6 的鋁係於霧化之前之熔融物中添加既定量。再來，表1之 合金組成之中的銘及氧係爲所得之粉末的測定値，其他爲 配合値。使用所得之粉末，製作擺錘式衝擊試驗片。 於氬氛圍氣體之爐中加熱熔融1 5 0公克各試料之粉末至 其液相線溫度+ 3 0 °C，於1 2 m m X 1 2 m m X 7 5 m m之殼鑄模中鑄 -1 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂—I-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 ___ B7 五、發明說明（q) 造’修飾該鑄造片成l〇mmxi〇mmx55mm、附有U型槽口之 J I S 3號試驗片。試驗片於保持在4 〇 〇 及6 〇 〇 °c之電爐中 均勻加熱後，進行擺錘式衝擊。 如從表2所知，本發明之合金之特徵在於有較比較例之 合金之擺錘式衝擊値爲高，而且400°C時較60(TC時高。 於100mm外徑、24mm內徑、200mm長度之鉻鉬鋼（JIS SCM440 )之管內置入25 0公克之各試料粉末，製作於該兩 端熔接鋼製蓋子之用於離心襯裏之供試材。 還有，該供試材之蓋子的另一面係於中央打開6mm直徑 的孔洞。 於爐中加熱升溫該供試材至置入其中之試料粉末的液相 線溫度+ 30°C。該加熱升溫中，從設置於供試材的蓋子上 的孔洞，流入氬氣以防止內部之氧化。 然後，裝設供試材於高速迴轉機上，施予約2000 r pm之 迴轉，進行離心襯裏。冷卻係從離心襯裏之溫度靜置冷卻 至約900°C，然後，以送風機強制空氣冷卻來冷卻至約500 °C，然後靜置冷卻。 剖開如此離心襯裏完畢之供試材，硏究襯裏層中之裂痕 產生狀況。如由表2得知，相對於本發明之合金中全無裂 痕產生，比較例之合金中，在任何一個試料中均產生稍微 差異之裂痕數。 因此，本發明之合金由於在高溫下之韌性優異，確認得 到能充分耐較快速冷卻時所產生之應力的輥筒本體之鋼 -1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 卜 tr - --------------------訂----------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491900 A7 B7 五、發明說明（r) 管。 其次，使用本發明之合金試料編號1，製作用於實際之 射出成型機的輥筒，並進行實機試驗。 作爲輕同本體之鋼管係使用1 2 0 m m外徑、3 2 m m內徑、 1000mm長度的鉻鉬鋼（JISSCM440)。置入4.5公斤試料編 號1之粉末於該管內，製作熔接鋼製蓋子於管兩端之用於 離心襯裏之素管。還有，於該蓋子之另一面的中央打開6mm 孔洞。將如此所得之用於離心襯裏之素管進行離心襯裏處 理。 離心襯裏係以與前述之條件來進行。將離心襯裏完畢之 素管’以機械加工來修飾成1 06mm外徑、28mm內徑、807mm 長度。內面之襯裏層以比色檢驗並無裂痕，並以內視鏡觀 察確認。進行使用如此修飾過之輥筒的射出成型實機試驗 〇 於成型材方面係使用混合50%玻璃纖維於PPS樹脂者， 於3 5 0°C之成型溫度、2500kg f/cm2之成型壓力下進行。約 30萬次射出後，硏究輥筒狀況之結果爲在襯裏層不見裂痕 ，又在輥筒本體之型狀上亦不見異常。 再來，因襯裏層表面之磨損的最大部分亦在15//m以下 ’又爲無使用上問題之狀態，同時完全不見腐蝕。 該結果爲比較於以習知公認之鈷基質及鎳基質內面硬化 材之離心襯裏，於數萬次或以下之射出時多產生裂痕，顯 示大幅地提高耐久性。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂—·------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 491900
7 7 A B 五、發明說明（、、） 【表1】 試 料 編 號 合金糸 i成(重量％ ) 液相 線溫 度 (°C) 鉻 硼 矽 鉬 銅 鎢 鎳 鋁 碳 鐵 氧 錳 鈷 本 發 明 1 21 3.0 2.0 1.0 1.0 4.0 0.0 0.10 0.08 1.5 0.15 . 餘額 1140 2 18 3.5 1.0 3.0 3.0 1.0 0.0 0.05 0.2 0.5 0.05 餘額 1140 3 24 3.0 3.5 1.0 1.0 3.0 0.1 0.15 0.4 2.0 0.10 餘額 1150 4 21 2.8 2.0 2.0 2.0 4.5 0.1 0.10 0.05 1.5 0.05 餘額 1130 比 較 例 1 21 3.0 2.0 1.0 1.0 4.0 0.5 0.00 0.08 1.5 0.15 餘額 1140 2 21 3.0 2.0 1.0 1.0 4.0 3.0 0.15 0.08 1.5 0.15 餘額 1140 3 7.0 4.0 1.0 . 0.3 3.0 . 1.0 餘額 1120 4 14 3.2 4.7 一 一 餘額 _ 0.7 3.0 _ 1020 (-)爲無分析及配合之組成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【表2】 試料 擺錘式衝擊値（公斤力•公尺/平方公分） 離心襯裏後 編號 400°C 60(TC 冷卻之裂痕 本 1 1.50 1.90 j\\\ 發 2 1.40 1.75 並 J \ \\ 明 3 1.45 1.85 Μ Μ、、 4 1.65 2.05 Μ j\ \\ 比 1 0.75 0.80 稍微有 較 2 0.50 0.50 有 例 3 0.75 0.75 稍微有 4 0.10 0.15 很多 -13- - I I LH * --------------------訂·—-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 491900 A7 B7 五、發明說明（π) 【發明之效果】 如以上詳述，本發明之合金係特別優於高溫下之韌性， 並且亦優於耐磨損性及耐腐鈾性。 因此，使用本發明之合金，於內面形成離心襯裏層之用 於射出成型機之輥筒，在高溫高壓下的使用方面，其耐久 性飛躍地延長，其經濟效果亦極大。 又，以使用本發明之合金粉末的Η I Ρ法，可形成內面硬 化層。 【圖式簡單說明】 ， 第1圖係表示於本發明合金中之鎳的含有量與擺錘式衝 擊値之關係圖。 k 第2圖係表示於本發明合金中之鋁的含有量與擺錘式衝 擊値之關係圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼衣—— 1T----------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）